Instalatie pentru supravegherea si masu-rarea turatiei la turbosuflanta motorului principal naval

Instalatie pentru supravegherea si masu-rarea turatiei la turbosuflanta motorului principal naval

1. Introducere

Un procedeu eficient utilizat pentru marirea puterii motoarelor navale este supraalimentarea care consta in cresterea masei de aer in cilindri, astfel incat sa fie posibila arderea optima a unei cantitati sporite de combustibil.

Folosirea turbosuflantei pentru supraalimentare prezinta avantajul autoreglarii turatiei. Intr-adevar cantitatea gazelor evacuate care este proportionala cu sarcina motorului, determina turatia compresorului si prin urmare debitul aerului de baleiaj.

Exploatarea eficienta a navelor maritime si prevenirea unor avarii grave impune supravegherea, masurarea si reglarea parametrilor motorului principal si a celorlalte agregate si instalatii de la bord. O importanta deosebita o prezinta cunoasterea permanenta a turatiei turbosuflantei.

Caracterizarea tranzistorului MOSFET cu drena dubla sensibil magnet

Dispozitivul MOS cu drena dubla (figura 13.19) este un MOSFET la care regiunea obisnuita de drena este inlocuita cu doua regiuni de drena adiacente, curentul total prin canal impartindu-se intre acestea [10].

Polarizarea in regiunea liniara are ca rezultat obtinerea unui canal continuu de grosime aproximativ constanta care poate fi asimilat cu o placa Hall. Sub actiunea unui camp magnetic perpendicular pe suprafata dispozitivului se produce deflexia liniilor de curent si ca efect apare un dezechilibru intre cei doi curenti de drena:

(13.8)

Deoarece semnalul de iesire pentru magnetotran-zistorul MOS cu drena dubla il constituie variatia curen-tului intre terminalele sale, acest dispozitiv functioneaza in "modul de curent Hall". In figura 13.20 sunt reprezentate schematic dispozitivul MOS cu drena dubla (a) si dualul sau functionand in "modul de tensiune Hall" (b).

Pe baza proprietatilor dispozitivelor Hall duale semnalul de iesire pentru dispozitivul (b) este , iar pentru dispozitivul (a) , . Se obtine [2]:

(13.9)

in care s-a inlocuit prin .

Raspunsul senzorului se defineste prin:

(13.10)

si este dependent de geometria cana-lului. Pentru a pune in evidenta acest lucru au fost simulate (figura 13.21) trei structuri MOS cu canal de tip n cu drena dubla. Dispoziti-vele au aceeasi latime a canalului avand rapoarte diferite:

dispozitivul MDD1,2; dispozitivul MDD2, 1; dispozitivul MDD3, 0,5.

Se constata ca sensibilitatea este maxima pentru 0,5 si pentru valori mai mici ale acestui raport. Crescand latimea canalului sensibilitatea scade cu 10% pentru , iar in cazul se reduce cu 35% fata de valoarea maxima.

Sensibilitatea relativa la curent se defineste prin:

(13.11)

si creste odata cu mobilitatea purtatorilor in canal.

Potrivit modului de variatie a lui pentru o placa Hall rectangulara cu contacte de sesizare punctiforme si la inductii magnetice joase [2], maximul sensibilitatii se obtine la dispozitivul cu drena divizata cand , deci .

3. Traductor Hall realizat pe baza unui MOSFET cu drena dubla.

In figura 13.22 este prezentata schema de principiu a unui traductor de turatie realizat pe baza unui magnetotranzistor cu drena dubla.

In prezenta campului magnetic se produce dezechilibrul curentilor de drena si ca efect intre cele doua drene apare o diferenta de potential propor-tionala cu valoarea inductiei. Daca MOSFET-ul lucreaza in regiunea de satura-tie, rezistenta de iesire de drena este foarte mare () si in acest caz tensiunea diferentiala de iesire este:

(13.12)

Aceasta tensiune se aplica unui comparator cu histerezis care are rolul de comutator. Existenta celor doua praguri de basculare confera circuitului imunitate la zgomote. Monostabilul realizat cu MMC4093 normalizeaza in durata impulsurile generate de traductor.

4. Prezentarea traductorului de turatie

Traductorul de turatie este realizat pe baza unui magnetotranzistor cu drena dubla si are schema de principiu prezentata in figura 13.22.

Principiul de functionare al traductorului se bazeaza pe ecranarea campului magnetic cu ajutorul unui disc feromagnetic D care se roteste solidar cu arborele turbinei (figura 13.23). De o parte si de cealalta a discului sunt dispuse magnetotranzistorul MGT si magnetul permanent MP. Discul trebuie sa fie suficient de gros (d>1mm) pentru a obtura campul magnetic, iar decuparea sa trebuie sa aiba o suprafata mai mare decat suprafata activa a senzorului magnetic. Distanta dintre MP si MGT este astfel aleasa incat atunci cand decuparea practicata in disc se afla in dreptul lor, inductia magnetica sa depaseasca limita de detectie si sa se produca dezechilibrul curentilor de drena (relatia (13.9)). Cand intre magnetul permanent si magnetotranzistor se afla partea nedecupata a discului, acesta ecraneaza campul magnetic determinand restabilirea echilibrului intre cei doi curenti de drena si anuleaza tensiunea

5. Descrierea functionarii pe baza schemei bloc

Schema bloc a instalatiei este prezentata in figura 13.23.

Aceasta cuprinde in principal patru blocuri: blocul (N) de numarare a impulsurilor fur-nizate de traductorul de turatie (T), blocul de afisare numerica a rezultatului masurarii (DA), blocul de comanda (BC) care asigura desfasurarea corecta a ciclului de masurare si afisare si un bloc de sesizare si avertizare (BA) in cazul neincadrarii turatiei in limitele normale. In timpul functionarii turbosuflantei se genereaza la iesirea traductorului un tren de impulsuri dreptunghiulare care sunt aplicate unui numarator format din patru decade de numarare incluse doua cate doua in cate un circuit integrat MMC4520 (figura 13.25).

Semnalele de la iesirile celor patru decade sunt aplicate decodificatoarelor latch MMC4511 care realizeaza functiile de memorare a datelor, de decodificare a acestora din sistemul BCD in sistem sapte segmente si de comanda a afisoarelor 7 segmente cu led-uri, anod comun. Blocul de comanda realizat cu circuite MMC4060 care indeplineste functiile de oscilator si numarator de paisprezece biti asigura semnalele necesare pentru masurarea si afisarea informatiei. Durata unui ciclu de masurare este 6,001s. In primele sase secunde se determina turatia, iar in milisecunda urmatoare valoarea masurata se memoreaza pentru a fi afisata si se initiaza un nou ciclu de masurare.

Resetarea numaratoarelor si unitatii de comanda, se realizeaza prin intermediul portilor MMC4012. Blocul de sesizare si avertizare in cazul depasirii domeniului admisibil pentru turatie este realizat cu doua decodificatoare binar-zecimale MMC4028 si un ansamblu de porti MMC4011. Atata timp cat functionarea este normala pe blocul de afisaj este aprins led-ul verde, iar la atingerea oricarei turatii limita se alimenteaza dioda led tip MDE1533R si totodata se activeaza alarma sonora.

Instalatia este prevazuta cu un circuit care sesizeaza absenta semnalului de la traductorul de turatie. Lipsa acestui semnal poate fi cauzata de defectarea traductorului, caderea sursei de alimentare a acestuia sau intreruperea (scurtcircuitarea) liniei de transmitere a semnalului de la traductor la instalatia de masurare. In figura 13.26. este prezentata schema electrica de principiu a acestui circuit.

La intrarea circuitului se aplica semnalul dreptunghiular provenit de la traductorul de turatie. Tranzistoarele si formeaza un repetor de tensiune cu rezistenta de iesire foarte mica, capabil sa asigure o incarcare rapida a condensatoarelor si . Aceste condensatoare impreuna cu diodele si formeaza un redresor de tipul varf la varf, adica un redresor a carei tensiune continua de iesire este foarte apropiata de valoarea tensiunii varf la varf a semnalului de intrare. In cazul tensiunilor de intrare sinusoidale, acest tip de redresor este cunoscut sub denumirea de redresor cu dublarea tensiunii.

Pentru randament bun al redresarii diodele , ar trebui sa fie diode redresoare rapide de tip DRR sau BA, dar avand in vedere ca frecventa maxima a impulsurilor nu depaseste cateva sute de hertzi (turatia maxima la turbosuflanta fiind de 12000 rot/min) se pot utiliza si diode obisnuite de tip 1N400X.

Atata timp cat la intrarea circuitului se aplica semnalul furnizat de traductorul de turatie la bornele condensatorului se obtine o tensiune continua de aproximativ 3,5 V care mentine saturat tranzistorul de tipul BC517. Acesta este un dranzistor Darlington avand si , care are ca sarcina infasurarea de comanda a unui releu cu contacte normal inchise. Atunci cand este saturat contactele releului se deschid, situatie in care dioda electroluminescenta si sirena S nu sunt alimentate. Daca din diferite cauze semnalul la intrarea lui dispare, tensiunea la bornele lui incepe sa scada si in aproximativ 0,5s devine mai mica decat nivelul necesar mentinerii lui in conductie. Ca urmare tranzistorul se blocheaza, iar contactele releului se inchid, intrand astfel in functiune avertizarea optica si sonora. Instalatia asigura o masurare precisa a turatiei, afisarea numerica a rezultatului si poate fi utilizata pentru supravegherea turatiei la orice tip de turbosuflanta.